CN204564099U - 气体合成反应装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种气体合成反应装置，解决了现有气体合成反应装置存在的体积大、气体分布和接触不均，反应效率低、反应物收率低的问题。技术方案包括壳体，所述壳体顶部设有进气口，底部设有出气口，所述壳体内填装有催化剂床层，所述催化剂床层外周开孔并与壳体之间具有间隙，催化剂床层中均匀分布有冷却水管，所述催化剂床层的垂直中心线上设有上端封闭、下端开口的排出管，所述排出管的管壁上均匀开有多个与催化剂床层连通的内开孔，排出管的下端与出气口连通。本实用新型结构简单、体积小、副反应少、气体分布均匀，反应效率高，反应物收率和选择性好。
Description
技术领域
本实用新型涉及化工行业的气体合成反应装置。
背景技术
草酸及草酸酯是重要的有机化工原料，其合成方法之一为：CO在催化剂作用下与亚硝酸甲酯反应生成草酸二甲酯和NO，称为偶联反应，反应式如下：
上述反应通常在气体合成反应装置内进行，CO气相在催化剂的存在下偶联合成草酸二甲酯，目前的气体合成反应装置中，原料气通常走管程，冷却介质走壳程，由于催化剂装填在反应管内，由于结构原因装填体积小，与固定床反应器相比要达到相同的生产能力则反应器直径比较大，这样就存在气体接触以及均匀分布反应较差，反应装置体积庞大的问题。同时大直径草酸二甲酯反应器制造困难，催化剂装填难度大，在反应过程中容易产生副反应，这对草酸二甲酯的收率和选择性影响甚大，如何优化其反应器结构以提高反应器大型化收率以及解决催化剂装填问题的成为DMO合成工艺中合成反应器的研究重点。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种结构简单、体积小、副反应少、气体分布均匀，反应效率高，反应物收率和选择性好的气体合成反应装置。
技术方案包括壳体，所述壳体顶部设有进气口，底部设有出气口，所述壳体内填装有催化剂床层，所述催化剂床层外周开孔并与壳体之间具有间隙，催化剂床层中均匀分布有冷却水管，所述催化剂床层的垂直中心线上设有上端封闭、下端开口的排出管，所述排出管的管壁 上均匀开有多个与催化剂床层连通的内开孔，排出管的下端与出气口连通。
所述进气口与气体分布器连接，所述气体分布器为筒形管道，其上端与进气口相通，下端封闭，所述气体分布器的管壁上均匀开有多个侧开孔。
所述间隙宽度和催化剂床层直径的比值为1:10-15。
所述催化剂床层直径和排出管直径的比值为5-8:1。
所述气体分布器的管道直径与进气口直径的比值0.8-1，气体分布器的高度和壳体直径的比值为0.3-0.45。
所述侧开孔的高度与气体分布器高度的比值为0.5-0.9，侧开孔的宽度为30-50mm。
相邻两个所述侧开孔的间距与侧开孔的宽度相等。
所述冷却水管为盘管或绕管，所述冷却水管的进口与汽包的出口连通，冷却水管的出口与汽包的进口连通。
有益效果：
1，本实用新型中原料气走壳程，即催化剂装填在壳程部分，冷却水走管程，冷却水管以盘管形式或者绕管形式均匀分布在催化剂床层中，有利于均匀反应温度的控制，这种改进减少了反应体积，在相同生产能力下固定床反应器的反应体积更小；
2，原料气通过催化剂床层外周面的开孔和上部扩散进入催化剂床层，保证了原料气的浓度在床层中趋于一致，利于反应的发生，反应后的气体径向经过催化剂床层，阻力降较小并且反应后通过排出管快速移出，利于气体输运及提高原料气的转化率。
3，在进气口处设置了气体分布器，采用侧开孔的圆筒管形式，结构简单，可以很好的满足催化剂床层侧面进气的需要，原料气经气体分布器分布后速度趋于一致并均匀进入催化剂床层与壳体的间隙以及催化剂顶部扩散并反应。
4.本实用新型结构简单、控制简便、体积小、副反应少、气体分布均匀，反应效率高，反应物收率和选择性好，适用于多种气体反应工艺。
附图说明
图1为本实用新型结构示意图。
图2为本实用新型催化剂床层的截面图。
其中，1-壳体、1.1-进气口、1.2-出气口、2-气体分布器、2.1-侧开孔、3-催化剂床层、3.1-孔、4-冷却水管、5-汽包、6-间隙、7-排出管、7.1-内开孔。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步解释说明：
参照图1，所述壳体1顶部设有进气口1.1，底部设有出气口1.2，所述壳体1内填装有催化剂床层3，所述催化剂床层3外周开孔3.1并与壳体之间具有间隙6，所述间隙6的宽度和催化剂床层直径的比值为1:10-15；催化剂床层3中均匀分布有冷却水管4，所述催化剂床层3的垂直中心线上设有上端封闭、下端开口的排出管7，所述催化剂床层3直径和排出管7直径的比值为5-8:1，所述排出管7的管壁上均匀开有多个与催化剂床层3连通的内开孔7.1，排出管7的下端与出气口1.2连通。所述进气口1.1与气体分布器2连接，所述气体分布器2为筒形管道，其直径与进气口1.1直径的比值0.8-1，高度和壳体1直径的比值为0.3-0.45，其上端与进气口1.1相通，下端封闭，所述气体分布器2的管壁上均匀开有多个侧开孔2.1，所述侧开孔2.1的高度与气体分布器2高度的比值为0.5-0.9，侧开孔的宽度为30-50mm，优选相邻两个所述侧开孔的间距与侧开孔2.1的宽度相等。
以草酸二甲酯在气体合成反应器内的合成过程为例。
原料气：摩尔组成为CO 20％，亚硝酸甲酯10％，NO 5％，O2<2000ppm， H2<200ppm，其余为N2，以下简称原料气。
原料气由壳体1顶部的进气口1.1进入气体分布器2，由气体分布器2的侧开孔2.1侧向排入壳体中，这种向催化剂床层3侧面进气的方式具有气体混合和分布均匀的优点，原料气部分直接由催化剂床层顶面轴向进入，部分由间隙6经催化剂床层3上的孔3.1径向进入催化剂床层3内，在催化剂的作用下原料气中的CO和亚硝酸甲酯反应生成草酸二甲酯，催化剂床层3内绕行的冷却水管不断换热控制反应温度为100-150℃，保证反应的正常进行，反应后的气体穿过催化剂床层3由内开孔7.1收集进入排出气7，并最终于出气口1.2排出壳体。冷却水管内的冷却水吸收的反应热由汽包5回收副产蒸汽。
排出的反应后气体的摩尔组成为CO 11.5％，亚硝酸甲酯1.1％，NO14.7％，草酸二甲酯4.7％，其余为N2。
采用本实用新型装置，气体合成反应装置的体积可以缩小20％，反应物草酸二甲酯的单程收率为90％，提高了约10％。
Claims (8)
1.一种气体合成反应装置，包括壳体，所述壳体顶部设有进气口，底部设有出气口，其特征在于，所述壳体内填装有催化剂床层，所述催化剂床层外周开孔并与壳体之间具有间隙，催化剂床层中均匀分布有冷却水管，所述催化剂床层的垂直中心线上设有上端封闭、下端开口的排出管，所述排出管的管壁上均匀开有多个与催化剂床层连通的内开孔，排出管的下端与出气口连通。
2.如权利要求1所述的气体合成反应装置，其特征在于，所述进气口与气体分布器连接，所述气体分布器为筒形管道，其上端与进气口相通，下端封闭，所述气体分布器的管壁上均匀开有多个侧开孔。
3.如权利要求1所述的气体合成反应装置，其特征在于，所述间隙宽度和催化剂床层直径的比值为1:10-15。
4.如权利要求1或3所述的气体合成反应装置，其特征在于，所述催化剂床层直径和排出管直径的比值为5-8:1。
5.如权利要求2所述的气体合成反应装置，其特征在于，所述气体分布器的管道直径与进气口直径的比值0.8-1，气体分布器的高度和壳体直径的比值为0.3-0.45。
6.如权利要求2或5所述的气体合成反应装置，其特征在于，所述侧开孔的高度与气体分布器高度的比值为0.5-0.9，侧开孔的宽度为30-50mm。
7.如权利要求6所述的气体合成反应装置，其特征在于，相邻两个所述侧开孔的间距与侧开孔的宽度相等。
8.如权利要求1所述的气体合成反应装置，其特征在于，所述冷却水管为盘管或绕管，所述冷却水管的进口与汽包的出口连通，冷却水管的出口与汽包的进口连通。
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| CN114247386A (zh) * | 2021-11-24 | 2022-03-29 | 中国五环工程有限公司 | 一种蒸发式等温加氢反应方法及蒸发式等温反应系统 |
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